45万吨年甲醇精馏系统毕业设计最终版

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 设计题目： 45万t/a甲醇精馏工段工艺设计 指导教师： 职 称： 教授 年 月 中国矿业大学毕业设计任务书学院 专业年级 学生姓名 任务下达日期： 毕业设计日期： 毕业设计题目45万t/a甲醇精馏工段工艺设计毕业设计主要内容和要求：1. 模拟在永城地区设计年产45万吨甲醇精馏线，年开车时间8000小时，工艺采用以煤制气为原料合成粗甲醇，经预精馏塔、加压精馏塔和常压精馏塔分离后得到精甲醇的新节能

2、型三塔工艺流程开发的。2计算条件：原料气组成CH3OHH2OCH3CH2OH轻馏分杂醇Wt%953.720.11.110.07精甲醇收率：99.6%废水中甲醇含量：50ppm3.设计要求：编写计算说明书，其中包括综述，工艺路线选择，物料衡算与工艺计算，主要塔设备计算，热量衡算等。图纸（78张）：甲醇精馏带控制点工艺流程图，平面布置图，工段主要物料管道图，精馏塔图，1到2个主要设备图等说明书可以电脑打字，图纸均为CAD绘图。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新

3、点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩：

4、评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。近年来碳一化学工业的发展，

5、甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。本设计选择了以45万t/a甲醇精馏的产量作为生产计算与设计的任务，参考了河南永城永煤集团龙宇煤化工甲醇厂甲醇精馏的工艺，本设计从工艺角度对其生产过程和主要设备进行了物料衡算、塔设备简捷法计算、热量衡算、换热器设计等工艺计算。关键词：甲醇，精馏，物料衡算，热量衡算目 录 TOC o 1-3 h z u 1总 论1.1 概况1.1.1 甲醇的用途目前，甲醇在有机合成工业中，是仅次于烯烃和芳烃的重要基础有机原料。随着技术的发展和能源结构的改变

6、，甲醇又开辟了许多新的用途。甲醇是较好的人工合成蛋白的原料，蛋白转化率较高，发酵速度快，无毒性，价格便宜。甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入掺烧。甲醇是容易输送的清洁燃料，可以单独或与汽油混合作为汽车燃料，用它作为汽油添加剂可起节约芳烃，提高辛烷值的作用，汽车制造也将成为耗用甲醇的巨大部门，甲醇的消费已超过其传统用途，潜在的耗用量远远超过其化工用途，渗透到国民经济的各个部门。特别是随着能源结构的改变，甲醇有未来主要燃料的候补燃料

7、之称，需用量十分巨大。我国目前甲醇的产量还较低，但近年来发展速度较快，近五年来甲醇的生产规模有了突飞猛进的发展。从我国能源结构出发，甲醇由煤制的技术已经成熟，近几年由煤制甲醇的工艺已经全面工业化生产，将来在我国甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蕴藏着潜在的巨大市场。我国甲醇工业无疑将迅速发展起来。甲醇汽油是指把甲醇部分添加在汽油里，用甲醇燃料助溶剂复配的M系列混合燃料。其中：M15(在汽油里添加15甲醇)清洁甲醇汽油为车用燃料，分别应用于各种汽油发动机，可以在不改变现行发动机结构的条件下，替代成品汽油使用，并可与成品油混用。甲醇混合燃料的热效率、动力性、启动性、经济性良好，具有降低排放、

8、节省石油、安全方便等特点。世界各国根据不同国情，研发了M3、M5、M15、M20、M50、N85、M100等不同掺和比的甲醇汽油。目前，商用甲醇主要为M85(85甲醇+15汽油)和 M100，M100性能优于M85，具有更大的环境优越性。1.1.2甲醇精馏工艺技术比较工业上粗甲醇精馏的工艺流程，随着粗甲醇合成方法不同而有差异，其精制过程的复杂程度有较大差别，但基本方法是一致的。首先，总是以蒸馏的方法在蒸馏塔的顶部，脱除较甲醇沸点低的轻组分，这时，也可能有部分高沸点的杂质和甲醇形成共沸物，随轻组分一并除去。然后，仍以蒸馏的方法在塔的底部或底侧脱除水和重组分，从而获得纯净甲醇组分。其次，根据精甲醇

9、对稳定性或其他特殊指标的要求，采取必要的辅助方法。近年来，由于催化剂、粗甲醇合成条件以及制取原料气的改进，粗甲醇的精馏过程相应有较大的变更。加上新型精馏设备的使用，对工艺流程也产生一定影响。在决定粗甲醇精馏的工艺流程时，应对这些条件进行综合考虑，并结合到过程中能源消耗的降低，自动化程度的提高，对精甲醇质量的特殊要求等等，合理选择适当的精馏方法。甲醇精馏按工艺主要分为3种: 双塔精馏工艺技术、带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术和我国自行开发的三塔精馏工艺技术。双塔精馏工艺技术由于具有投资少、建设周期短、操作简单等优点, 被我国众多中、小甲醇生产企业所采用，尤其在联醇装置中得到了迅速推广。带有高锰酸钾

10、反应的精馏工艺技术仅在单醇生产中用锌铬为催化剂的产品中有应用。近年来,随着甲醇合成铜基催化剂的广泛应用和气体净化水平的提高, 粗甲醇生产中的副反应减少和杂质的降低, 此工艺流程已经很少采用。三塔精馏工艺技术是为减少甲醇在精馏中的损耗和提高热利用率而开发的一种先进、高效和能耗较低的工艺流程,近年来在大、中型企业中得到了推广和应用。精馏塔按内件可分为板式精馏塔和填料型精馏塔。传统的精馏塔大都是以浮阀为主的板式塔, 随着新型板式塔的开发成功, 又出现了导向浮阀、斜孔筛板等结构, 但由于板式塔开孔率低, 介质传质、传热效率差, 总体效果并不太理想。效率较高的填料塔是最近几年才出现的, 采用以高效丝网波

11、纹填料和配套的分布器为核心的精馏技术。相同规模的装置三塔精馏与双塔精馏相比投资增加20%以上, 但运行费用一般可节省20%。企业选择哪种精馏工艺技术,主要取决于企业甲醇实际生产能力、预期生产规模、甲醇市场行情, 以及企业的公用工程水、电、汽的富裕程度等。一般说来,甲醇生产规模在5万t/a以下时宜选择双塔精馏工艺, 因为双塔精馏工艺投资省、建设周期短、装置简单, 易于操作和管理,虽然消耗高于三塔精馏工艺技术, 但在5万t/a生产规模以下时其经济技术指标较占优势。5万t/a 以上的企业宜选择三塔精馏工艺, 因为随着生产规模的扩大, 三塔精馏工艺的节能、高效优势才能体现出来。在每万吨甲醇的消耗投资方

12、面三塔精馏低于双塔精馏工艺。另外, 三塔精馏工艺在双塔精馏装置进行增产、降耗的技术改造中有比较广阔的应用, 是企业扩大现有生产规模较经济、有效的技术措施。在原有双塔流程中仅增加1台加压塔和部分设备, 装置生产能力就能翻1倍；比双塔流程节约能耗20%以上；由于增加了乙醇等产品的采出, 产品质量符合国际AA标准, 有更广阔的销售市场和更高的产品售价；由于两流程近似,操作和管理方法易于接受。三塔精馏工艺是一项企业进行增产降耗技术改造的非常适合的、较好的技术方案。不论采用何种精馏工艺流程, 精馏塔都是该装置的核心设备, 其决定着装置能耗的高低和产品质量的好坏。填料型精馏塔工艺, 其核心设备主、预塔都选

13、用新型填料型精馏塔, 塔内采用高效的、经特殊工艺处理的不锈钢丝网波纹填料和配套的新型气液分布器，该塔具备以下优点：(1) 塔板效率高采用甲醇精馏专用不锈钢丝网波纹填料, 空隙率0. 85 m2/ m3 , 理论塔板数810块/m , 经特殊工艺处理后, 具有优良的传质、传热性能和液体均布能力强等优点。这样可减少理论塔板数,降低精馏塔的高度,单位生产能力大。生产控制中采用的较小回流比, 提高了精甲醇质量, 降低了泵的扬程, 节省了电耗。(2) 结构简单,易于维修和安装精馏塔内填料分层安装,结构简单,设备体积小, 物料在系统中停留时间缩短,产品质量提高。(3) 操作弹性大由于丝网填料具有的优良传质

14、、传热性能,能迅速适应物料各种工艺参数的变化, 易于操作,控制手段简单,稳定区域大， 可保证系统有较大的弹性, 产品质量稳定。传统双塔精馏工艺与填料型三塔精馏工艺的投资和单耗(吨甲醇消耗) 比较见表1-1。表1-1 传统双塔与填料型三塔精馏工艺比较项 目投资（相对数）蒸汽/t循环水/ m3电/kw.h双塔精馏工艺1001.52.015018040三塔精馏工艺1230.91.3608030 填料型甲醇精馏工艺, 由于采用了先进的甲醇精馏专用丝网规整填料和配套的新型分布器, 加之在系统热量的分配上合理优化, 从而使能耗大为降低。双塔精馏能耗达到传统的板式三塔消耗水平, 三塔精馏能耗比传统的板式三塔

15、降低15%以上, 5万t/a甲醇生产企业年运行费用可节省200万元以上。甲醇精馏填料型三塔工艺技术和甲醇精馏专用丝网规整填料的成功开发, 为众多大、中型甲醇生产企业的增产、降耗提供了技术, 为企业大幅度降低甲醇生产成本、提高产品质量和扩大市场占有率提供了可能, 具有着明显的经济效益和社会效益。综上所述，因此本设计也才用填料型三塔甲醇精馏工艺技术。另外为了减少甲醇的损失，增加了一个塔,以对污水中的甲醇进行回收处理，故现在一般叫3+1塔工艺流程。1.1.3 甲醇精馏工艺的概况 1、工序任务甲醇精馏是甲醇合成的下游工序，其目的就是对合成装置来的粗甲醇进行精制，将甲醇中的杂质进行脱除，以生产符合标准的

16、优等级精甲醇产品。2、装置工艺特点目前，总体来说甲醇精馏的工艺大体可分为两塔工艺流程和三塔工艺流程，根据塔内件的不同可分为塔盘精馏、填料精馏和复合型精馏。本甲醇精馏装置采用的是以规整填料为塔内件的三塔精馏工艺，精馏用汽为低压蒸汽。各塔再沸器蒸汽冷凝液用作粗甲醇预热器热源，以节约能量。另外为了减少甲醇的损失，增加了一个塔,以对污水中的甲醇进行回收处理，故现在一般叫3+1塔工艺流程。精馏的主要设备是精馏塔，而塔的内件是实现气液接触和热质传递的主要元件，常用的塔内件分塔盘和填料两种。填料是最早使用的塔内件，当初使用在小塔径的塔里，由于其设计、制造、安装难度不大，应用十分广泛。随着化学工业的发展，精馏

17、塔的内径越来越大，于是气液分布不均问题显得突出，效率大幅下降，直径大于2米的塔的效率已相当低，沟流和边界效应严重，为解决这些问题，人们开发了板式塔，但是板式塔的结构复杂、制造和安装精度要求高，因而人们又加紧了对填料塔放大技术的攻关，在解决了气液分布等问题后，大型装置又开始使用填料塔。目前的填料分为散堆填料和规整填料。设计的甲醇精制采用的是规整填料精馏工艺技术，该技术的好坏取决于气液接触程度，即取决于液体在填料表面分布的均匀程度，气体的分布较容易，液体分布均匀很难，故液体分布器是填料塔的一个关键部件，它是决定着填料塔的放大效应。采用槽式液体分布器和槽-盘式液体分布器可以较好地解决抗堵、防夹带等问

18、题，压降小、负荷弹性大。采用规整填料为塔内件的3+1塔精馏工艺，其特点是：1、精甲醇产品的质量好，甲醇回收率高；2、能耗低。比两塔工艺减少蒸汽消耗约30%左右；3、操作的灵敏性比板式塔好，但其稳定性不如板式塔好；4、采取了萃取精馏和共沸精馏工艺，有效解决了微量难分离组分的脱除问题；5、分离效率高，操作弹性大，生产能力大。1.2 精馏的目的和原理和精馏塔的操作和调节1.2.1 粗甲醇的组成与精制要求1.粗甲醇的组成 甲醇合成不论采用锌铬催化剂或铜基催化剂，均受其选择性的限制，且受合成条件压力、温度、合成气组成的影响，在生产甲醇反应的同时，还伴随着一系列副反应，其产品系主要由甲醇以及水、有机杂质等

19、组成的混合溶液，故称为粗甲醇。 以色谱分析或色谱-质谱联合分析测定粗甲醇的组成有40多种，包含了醇、醛、酮、醚、酸、烷烃等等。如有氮的存在，还发现有易挥发的胺类。其它含有少量生产系统中带来的羰基铁，及微量的催化剂等杂质。下表1-2列出了粗甲醇中部分有机物，具有一定的代表性。表1-2 按沸点顺序排列的粗甲醇组分组 分沸点，组 分沸点，组 分沸点，二甲醚-23.7甲醇64.7异丁醇107.0乙醛20.2异丙烯醚67.5正丁醇117.7甲酸甲酯31.8正己烷69.0异丁醚122.3二乙醚34.6乙醇78.4二异丙基酮123.7正戊烷36.4甲乙酮79.6正辛烷125.0丙醛48.0正戊醇97.0异戊

20、醇130.0丙烯醛52.5正庚烷98.04-甲基戊醇131.0醋酸甲酯54.1水100.0正戊醇138.0丙酮56.5甲基异丙酮101.7正壬烷150.7异丁醛64.5醋酐103.0正癸烷174.0为了精馏过程中便于处理，上述组成大致可分为几组：1.轻馏分（表中115组分，甲醇，乙醇例外）；2.甲醇；3.水；4.重组分（表中1630）；5.乙醇。由于轻馏分、重组分和乙醇在经过预精馏塔精馏后，含量较小，所以在后面的三个塔计算过程中均用甲醇-水双组分精馏。粗甲醇中这些杂质组分的含量多少，可视为衡量粗甲醇的质量标准。显然，精甲醇的质量和精制过程中的损耗，与粗甲醇的质量关系极大。从精制角度考虑，甲醇合

21、成过程中副反应越少越好，从而提高粗甲醇的质量，就可能在容易获得高质量精甲醇的同时，又降低了精制中物料和能量的消耗。决定粗甲醇质量的主要因素无疑是催化剂，铜系催化剂的选择性显然处于优越的地位，反应温度也低，副反应少，因此制得的粗甲醇含杂质较少。同时，粗甲醇中所含杂质的种类和数量，又与原料气的组成和合成条件及设备的材质有关。2.精制要求 虽然各种杂质的含量不多，但正是由于这些杂质的超量存在，使得甲醇合成所得的粗甲醇不能直接用作有机化工的基础原料。如：生产甲醛是目前甲醇的主要用途之一，但如果甲醇中的烷烃含量超标，在甲醇氧化、脱氢时由于没有过量空气，便生成碳黑覆于催化剂的表面，影响催化剂的活性；高级醇

22、可使生产的甲醛产品的酸值不合格；甲醇中的水由于在甲醇蒸发汽化时不易挥发，在蒸发器中浓缩积累，使甲醇浓度降低，可引起原料配比失调而发生爆炸；作为甲醇另一主要用途之一的醋酸生产，对甲醇中的乙醇含量有着较为严格的规定；甲醇还被用作生产塑料、涂料、香料、农药、医药、人造纤维等原料，都可能由于这些少量杂质的超量存在而影响产品的纯度和产品的性能。为了满足作为基础化工原料的基本要求，必须对粗甲醇进行精制，将粗甲醇中的杂质脱除至规定的指标之内。目前工业上对粗甲醇进行精制常用的物理方法就是精馏。一般工业上出于对甲醇产品的要求，规定了精甲醇中含杂质量的指标。本设计采用国外甲醇的质量的指标，产品质量符合美国联邦AA

23、级标准。优质甲醇的指标集中表现在沸程短，纯度高，稳定性好并含有机杂质量极小。甲醇精馏是甲醇合成的下游工序，其目的就是对合成装置来的粗甲醇进行精制，将甲醇中的杂质进行脱除，以生产符合标准的优等级精甲醇产品。1.2.2 工艺原理 液态物质的饱和蒸汽压力随温度的升高而升高：在同一温度下的平衡系统中，不同物质的饱和蒸汽压力不同，饱和蒸汽压力大的称它挥发度大，反之称它挥发度小，两种物质饱和蒸汽压力之比称为相对挥发度。液态混合物在饱和状态下，各组分的挥发度用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比来表示，即：式中：V-挥发度； P-蒸汽中分压； X-液相中摩尔浓度。 由于挥发度随温度而变化，使用不

24、方便，故改用相对挥发度更便利。即：式中：-为相对挥发度。 相对挥发度的含义是液相混合物中易挥发组分的挥发度与难挥发组分挥发度之比，对于理想溶液就是饱和蒸汽压之比。 液相混合物在饱和状态下，气相中各组分相对组成与原液相中的相对组成不同，在气相组成中，挥发度高的组分的浓度高些，分压高些，挥发度低的组分浓度相对低些，分压也低些；在液相组成中正好相反，挥发度低的组分的浓度高些，挥发度高的组分的浓度低些；相对挥发度越大，这种浓度差就越大。 对于粗甲醇中的杂质，通常以甲醇的沸点为界，分为轻组分杂质和重组分杂质。常压下甲醇的沸点为64.7，轻组分杂质是指其沸点低于64.7的组分，而重组分杂质是指沸点高于64

25、.7的组分。 粗甲醇精馏就是根据粗甲醇中各种组分的沸点和相对挥发度的不同，在精馏塔内的热质传递元件上，通过建立物料、热量和汽液相平衡，在汽液相之间连续不断地实现热质的传递：在液相由上向下流动的过程中，由于塔内温度由上到下连续升高，沸点低、易挥发的轻组分相对地从液相向汽相中扩散传递，而汽相在由下向上流动的过程中，由于温度连续降低，沸点高、挥发度较低的重组分则相对地向液相中凝集传递，同时热量从汽相向液相传递。经过在精馏塔内反复多次连续地进行这种热质传递，最终实现关键轻组分在塔顶高浓度集聚、重组分在塔底高浓度集聚的分离过程。精馏工艺的理论基础是拉乌尔定律和道尔顿分压定律。 拉乌尔定律是指：在一定温度

26、下的平衡理想溶液（假设两种液体可以任何比例相互溶解、互溶无体积效应和热效应）体系中，溶液表面上方的蒸汽中任一组分的分压，等于此纯组分在此温度下的饱和蒸汽压乘以其在溶液中的摩尔分数，可用如下式子表示：式中：-气相中组分i的分压； -此温度下纯组分i的饱和蒸汽压； -组分i在理想溶液中的摩尔浓度，%。 而道尔顿定律是指：在一定温度下的平衡系统中，溶液表面上方的压力等于汽相混合物中各组分的分压之和，即：式中：-求和： -气相压力； -气相中组分i的分压。对于在一定温度下，由A和B两种物质组成的双组分理想溶液的平衡系统，可以通过上述的拉乌尔定律和道尔顿定律来求取理想溶液系统的气液相平衡关系式如下：式中

27、：、-为溶液中组分A和组分B的摩尔分数； 、-为纯正组分A和B在同一温度下的饱和蒸汽压； 、-为气相中组分A和组分B的摩尔分数； 、-为气液相平衡时气相中A和B蒸汽分压； -为理想溶液达到平衡时溶液上方的汽相总压。 如果已经知道某液体组分在某温度下的饱和蒸汽压，就可以利用拉乌尔定律计算出该液体与另一液体构成不同浓度混合液的气相分压。 精馏是多次简单蒸馏的组合。蒸馏操作系基于混合液中各组分在相同的温度条件下具有不同的挥发度，当加热至沸腾以后，将生成的蒸汽引出进行冷凝，其冷凝液组成与原来的混合液不同，其中易挥发组分的含量较前增加。如此不断汽化、冷凝操作，最后使混合液中的组分几乎以纯组分被分离开来。

28、粗甲醇精馏就是根据粗甲醇中各种组分的沸点和相对挥发度的不同，在精馏塔内的热质传递元件上，通过建立物料、热量和汽液相平衡，在汽液相之间连续不断地实现热质的传递：在液相由上向下流动的过程中，由于塔内温度由上到下连续升高，沸点低、易挥发的轻组分相对地从液相向气相中扩散传递，而气相在由下向上流动的过程中，由于温度连续降低，沸点高、挥发度较低的重组分则相对地向液相中凝集传递，同时热量从气相向液相传递。经过在精馏塔内反复多次连续地进行这种热质传递，最终实现关键轻组分在塔顶高浓度集聚、重组分在塔底高浓度集聚的分离过程。1.2.3 影响因素1.物料平衡的影响和制约保持精馏装置的物料平衡是精馏塔稳态操作的必要条

29、件。根据全塔物料衡算可知，对于一定的原料液流量F，只要确定了分离程度 和 ,馏出液流量D和釜残液流量W也就被确定了。而 和决定于气液平衡关系（）、q、R和理论板数（适宜的进料位置），因此D和W或采出率与只能根据 和确定，而不能任意增减，否则进、出塔的两个组分的量不平衡，必然导致塔内组成变化，操作波动，使操作不能达到预期的分离要求。2.回流比的影响回流比是影响精馏塔分离效果的主要因素，生产中经常用改变回流比来调节、控制产品的质量。例如当回流比增大时，精馏段操作线斜率变大，该段内传质推动力增加，因此在一定的精馏段板数下馏出液组成变大。同时回流比增大，提馏段操作线斜率变小，该段的传质推动力增加，因此

30、在一定的提馏段理论板数下，釜残液组成变小。反之，当回流比减小时，减小而增大，使分离效果变差。回流比增加，使塔内上升蒸汽量及下降液体量均增加，若塔内气液负荷超过允许值，则应减小原料液流量。回流比变化时，再沸器和冷凝器的传热量也应相应发生变化。应指出，在采出率一定的条件下，若以增大R来提高，则有以下限制：受精馏塔理论板数的限制，因为对一定的板数，即使R增到无穷大（全回流），有一最大极限值；受全塔物料平衡的限制，其极限值为3.进料热状况的影响 在实际生产中，加入精馏塔中的原料液可能有五种热状况：温度低于泡点的冷液体；泡点下的饱和液体；温度介于泡点和露点之间的气液混合物；露点下的饱和蒸汽；温度高于露点

31、的过热蒸汽。由于不同进料热状况的影响，使从进料板上升蒸汽量及下降液体量发生变化，也即上升到精馏段的蒸汽量及下降到提馏段的液体量发生了变化。当进料状况（ 和q）发生变化时，应适应改变进料位置。一般精馏塔设几个进料位置，以适应生产中进料状况的变化，保证在精馏塔的适宜位置下进料。如进料状况改变而进料位置不变，必然引起馏出液和釜残液组成的变化。对特定的精馏塔，若减小，则使 和均减小；欲保持不变，则应增大回流比。1.2.4 精馏塔的产品质量控制和调节精馏塔的产品质量通常是指馏出液及釜残液的组成达到规定值。生产中某一个因素的干扰（如传热量、等发生变动）将影响产品的质量，因此应及时予以调节控制。在一定的压强

32、下，混合物的泡点和露点都取决于混合物的组成，因此可以用容易测量的温度来预示塔内组成的变化。对于馏出液和釜残液也有对应的露点和泡点，通常可用塔顶温度反映馏出液组成，用塔底温度反映釜残液组成。但对高纯度分离时，在塔顶（或塔底）相当一段高度内，温度变化极小。因此当塔顶（或塔底）温度发现有可觉察的变化时，产品的组成可能已明显改变，再设法调节就很难了。可见对高纯度分离时，一般不能用测量塔顶温度来控制塔顶组成。分析塔内沿塔高的温度分布可以看到，在精馏段或提馏段的某塔板上温度变化最显著，也就是说，这些塔板的温度对于外界因素的干扰反映最为灵敏，通常将它称之为灵敏板。因此生产上常用测量和控制灵敏板的温度来保证产

33、品的质量。1.3 甲醇的主要技术规格1.3.1 甲醇的一般性质 甲醇的分子式为CH3OH，其分子量为32.04。常温常压下，纯甲醇是无色透明的、易流动、易挥发的可燃液体，具有与乙醇相似的气味。其一般性质看表1-3。表1-3 甲醇的一般性质性 质数 据密 度0.8100g/ml(0)相对密度0.7913沸 点64.564.7熔 点97.8闪 点16(开口容器)，12（闭口容器）自 燃 点473（空气中），461（氧气中）临界温度240临界压力79.54105Pa(78.5atm)临界体积117.8ml/mol蒸 汽 压1.2879104Pa(96.6mmHg)(20)热 容2.512.53J(g

34、)(2025液体)，45J（mol）(25气体)粘 度5.945Pas(0.5945cP)(20)甲醇的密度，粘度和表面张力随温度改变如下：表1-4 甲醇的密度、粘度和表面张力随温度变化表温度，0102030405060密度g/ cm30.8100.8010.7920.7830.7740.7650.756粘度，0.8170.6900.5970.5100.4500.3960.350表面张力，24.523.522.621.820.920.119.3，甲醇可以和水以及许多有机液体如乙醇、乙醚等以任意比混合，但不能与脂肪族烃类相混合。它易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其他物质，因此，只有用特殊的方法才能

35、制的完全无水的甲醇。同样，也难以从甲醇中清除有机杂质，产品甲醇总含有有机杂质约0.01%以下。1.3.2 甲醇的沸点和蒸汽压甲醇的沸点随压力变化如表1-5所示。表1-5 甲醇的沸点压力mmHg温度压力mmHg温度压力at温度压力at温度11020-44.0-16.2-6.010020040021.234.849.9251084112.5138.0304050186.5203.5214.0405.076064.720167.860224.01.3.3 甲醇-水系统的性质甲醇和水可以以任意比混合，混合后的甲醇-水系统的性质，是研究甲醇性质的一个重要组成部分。密度甲醇水溶液的密度，随着温度的降低而增

36、加；在相同的温度下，几乎是随着甲醇浓度的增加而均衡的减小，如表1-6所示。表1-6 甲醇水溶液的密度与甲醇浓度和温度的关系CH3OH浓度密 度， g/ cm3%-30020304060100.98420.98150.97940.97500.9635200.97250.96660.96250.95670.9450300.96040.95150.94420.93830.9260400.95950.94590.93450.92500.92000.9061500.94340.92870.91560.90500.90000.8844600.92500.90900.89460.88350.97830.86

37、09700.90730.88690.87150.86100.85400.8355800.88700.86340.84690.83610.82800.8083900.86400.83740.82020.80900.80000.7800粘度甲醇水溶液的粘度与组成有关，在所有研究过的温度下，当甲醇含量约50时均有一最大值。在任何情况下，混合物的粘度都比纯甲醇的粘度大，见表1-7所示。表1-7 甲醇水溶液的粘度温度甲 醇 浓 度， %102030405060708090100粘 度， 105P-104580570061506120533043003200220016801150026003170340

38、034603180263021501730131090010161719632180234024912140198014761061686151446176219592058207319491689130796563820125315161680177017981681151311928745912510981316144415021572146113391081805553309821145125713291363126911849647265153587510091111115711981154105887267348340792902989100310459979467846204516

39、3504508586611636594568526424-1.4 甲醇精馏工艺流程说明1.4.1 预精馏系统来自甲醇合成装置的粗甲醇（40、0.5MPaA），首先进入粗甲醇预热器E-15501的管程，被壳程的低压蒸汽冷凝液加热到70左右，然后进入预精馏塔C-15501的上部。预精馏塔C-15501顶部出来的气相，首先进入预精馏塔一级冷凝器E-15506的壳程，物料被管程的循环冷却水冷却到67.5,冷却下来的液体进入预精馏塔回流槽T-15501中；从预精馏塔一级冷凝器E-15506出来的气体进入预精馏塔二级冷凝器E-15515的壳程，物料被管程的循环冷却水冷却到40左右,冷凝下来的液体进入萃取槽

40、T15508 中，经工艺水萃取后，甲醇水溶液进入预精馏塔回流槽T-15501中，萃取出来的物料去杂醇油罐；二级冷凝器中出来的带有甲醇的不凝气，进排放槽T15506中，用水洗涤其中的甲醇后，不凝气去放空总管。回流槽T-15501中的甲醇溶液，经预精馏塔回流泵送入预精馏塔C-15501的顶部作回流液。预精馏塔塔釜的预后甲醇经液位控制后去加压精馏塔进一步精馏。低压蒸汽和加压精馏塔来的低压蒸汽冷凝液，分别进入预精馏塔C-15501的再沸器E-15510 和E-15514，对管程的介质进行加热来为预精馏塔精馏提供热量，然后蒸汽冷凝液去E-15501加热粗甲醇。为了防止粗甲醇中的酸性物质对管道和设备造成腐

41、蚀，向粗甲醇中加入少量5%左右的NaOH溶液，将粗甲醇的PH值控制在7.58左右。1.4.2 加压精馏系统预精馏塔出来的预后甲醇，经加压精馏塔给料泵加压后，进入加压精馏塔进料/釜液换热器E-15513的管程，被壳程介质加热到泡点后，进入加压精馏塔C-15502的下部，塔顶出来的甲醇蒸汽进入冷凝器/再沸器E-15507的壳程，被管程的介质冷凝后进入加压精馏塔回流槽T-15502，回流槽中出来的冷凝液甲醇，部分经加压精馏塔回流泵加压后进入加压精馏塔顶作回流液，其余的甲醇液进入加压精馏塔精甲醇冷却器E-15502的壳程，被管程的循环冷却水冷却到40后，去中间罐区的精甲醇计量罐（或粗甲醇储罐）。出加压

42、精馏塔釜液去常压精馏塔继续精馏。低压蒸汽进入加压精馏塔再沸器E-15511，为加压精馏塔精馏提供热量，被冷凝后的低压蒸汽冷凝液，去E-15501继续作加热介质用。1.4.3 常压精馏系统加压精馏塔釜液与加压精馏塔的进料液在E-15513中进行换热后，进入常压精馏塔C-15503的下部，塔顶出来的甲醇蒸汽进入常压精馏塔回流冷凝器E-15508的壳程，被管程的循环冷却水冷凝冷却后，进常压精馏塔回流槽T-15503中，回流槽出来的液体经常压精馏塔回流泵加压后，一部分进常压精馏塔顶作回流液用，其余作精甲醇去中间罐区。常压精馏塔精馏的热量来自于进入常压精馏塔再沸器E-15507的加压精馏塔顶甲醇蒸汽的冷

43、凝热。1.4.4 回收精馏系统常压精馏塔底出来的废水，含有2%左右的甲醇，经回收精馏塔进料泵加压后，进入回收精馏塔C-15504，塔顶出来的气相，进回收精馏塔冷凝器E-15509的壳程，被管程的循环冷却水冷却到45左右，进入回流槽T-15504，回流槽出来的液体经回收精馏塔回流泵加压后，部分进回收精馏塔顶部作回流液，其余去中间罐区的杂醇油储罐。低压蒸汽进入回收精馏塔再沸器E-15516的壳程，加热管程介质后为回收精馏塔精馏提供热量。蒸汽冷凝液去E-15501。回收精馏塔底出来的釜液，含有微量的甲醇和有机物，经废水冷却器E-15512中的循环冷却水冷却到60左右后，送出界区去污水生化处理装置。

44、2.甲醇精馏生产工艺设计及计算2.1 计算参数表2-1 加压下甲醇-水平衡数据表温 度t液相中甲醇气相中甲醇温 度t液相中甲醇气相中甲醇的摩尔分数的摩尔分数的摩尔分数的摩尔分数128.11.01.0133.50.8110.930128.50.9950.9981340.7940.9221290.9750.991134.20.7880.920129.30.9640.9881350.7610.907129.50.9560.9851400.6080.824129.70.9480.9831450.4740.7271300.9370.9791480.4020.663130.30.9260.9751500.

45、3560.617130.50.9180.9721550.2520.492130.80.9070.9681580.1960.4091310.9000.9651600.1600.350131.20.8920.9631650.0770.189131.50.8820.9591680.0320.083131.80.8710.954169.70.0070.0191320.8640.9511700.0030.009132.50.8460.9441720.00.01330.8280.937表2-2甲醇的汽化热温度，汽化热，kJ/kg温度，汽化热，kJ/kg温度，汽化热，kJ/kg01210.823801084

46、.381160830.2424201191.1451001029.953180741.901401163.093120971.3376200633.4628601127.924140904.7675220470.1776表2-3常压下甲醇-水平衡数据表温 度t液相中甲醇气相中甲醇温 度t液相中甲醇气相中甲醇的摩尔分数的摩尔分数的摩尔分数的摩尔分数1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.915

47、87.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.01.078.00.300.6652.2预精馏塔工艺计算2.2.1物料衡算预精馏塔的目的是首先对从合成塔过来的粗甲醇进行初步精馏，主要目的是除去其中的轻馏分，将甲醇作为重组分留在塔底以作为后续塔的进料，通过后面的加压塔、常压塔和回收塔对甲醇精馏得到精甲醇，因此预精馏塔的主要产品是轻馏分，所以此塔的物料衡算应取轻馏分的量进行计算。已知：进料的 =30.49kg/kmol =32.04kg/kmol =18.02kg/kmol 进料流量 F=61000kg/

48、h，甲醇的质量分率=95%，水的质量分率 =3.72%，轻馏分的质量分率=1.11%，另有杂醇和乙醇的量较少，这里忽略不计。摩尔分率单位：%，由于轻馏分的平均分子没法确定，因此通过对其它组分的摩尔分率计算推出轻馏分的摩尔分率。进料的摩尔流量 =61000/30.49=2000.6560kmol/h甲醇的摩尔分率 （9561000/100）/32）/2000.6560 =0.91水的摩尔分率 （3.7261000/100）/18）/2000.6560=0.06则 =1-0.91-0.06=0.03根据工艺流程图，确定塔顶产品的摩尔流量和塔顶产品组成D=2117.0588/32.82=64.505

49、1kmol/h =0.47根据物料衡算方程 W=1936.1509kmol/h 计算出 2000.65600.03=64.5050.47+1936.1509=0.015由于轻馏分是多种物质的混合物，因此无法得到其物性参数以及轻馏分与重组分甲醇的平衡数据，所以无法计算对预精馏塔进行物料衡算和能量横算，以及填料层高度，塔径的计算，但预精馏塔属于本设计第一个塔设备，也是关键设备之一，所以对预精馏塔的设备参数选取实际现场的数据，这里给予说明。2.2.2全塔高度和塔径的确定1.填料层高度的确定精馏段填料选择为TJW2型，精馏段填料高度为3650mm，提馏段填料选择为TJH50型，提馏段填料高度为1120

50、0mm，全塔填料高度为14850mm，即14.85m。2.塔顶空间塔顶空间是塔顶第一块塔板到塔顶切线距离。对于填料塔而言，塔顶空间即为第一层填料上线到塔顶切线的距离。为了减少塔顶出口气体中携带液体量，塔顶空间一般取1.21.5m，以利于气体中的液滴自由沉降。本设计取塔顶空间为1.5m。3.塔内液体分布器高度本设计选用的是槽式液体分布器和槽盘式液体分布器可以较好地解决抗堵、防夹带等问题，压降小、负荷弹性大。因填料分三段，则需两组液体分布器，确定液体分布器在塔内高度为1.41m，第二组高度为1.26，其高度为1.41+1.26=2.67m。4.塔底空间塔底空间是指塔底第一块板到塔底切线的距离。对于

51、填料塔而言，塔底空间是指最后一层填料底线到塔底切线的距离。本设计取塔底空间为4.4m。5.裙座高度裙式支座是由座圈、基础环和地脚螺栓座组成。座圈上开有人孔、引出管孔、排气孔和排污孔。座圈焊固在基础环上，基础环的作用，一是将载荷传给基础，二是在它的上面焊制地脚螺栓座，地脚螺栓座是由两块筋板、一块压板和一块垫板组成，地脚螺栓正是通过地脚螺栓座将裙座牢牢地固定在基础上。裙座高度是指从塔底封头切线到基础环之间的高度，今以圆柱型裙座为例，可知裙座高度是由塔底封头切线到出料管中心线的高度h和出料管中心线至基础环的高度H两部分组成。h 的最小尺寸是由釜液出口管尺寸决定，H则应按工艺条件确定。图2-1 塔底裙

52、座结构图本设计中采用圆柱型裙座，裙座高度选取7m。6.全塔高度为全塔高度=塔顶空间+塔内液体分布器高度+塔底空间+裙座高度+填料层高度 H=1.5+2.67+4.4+7+14.85=30.42m7.塔径 根据现场的数据选取塔径为2800mm。2.3加压精馏塔工艺计算2.3.1物料衡算已知： =30.23kg/kmol =32.04kg/kmol =18.02kg/kmol 进料流量 F=66144.3kg/h 甲醇的质量分率 =87% 水的质量分率 =13% (乙醇和杂醇的量较小，这里忽略不计)。摩尔分率单位：%进料的摩尔流量 =66144.3/30.23=2188.0351kmol/h甲醇的

53、摩尔分率 =（8766144.3/100）/32）/2188.0351=0.82 D=1012.9792kmol/h W=1175.0559kmol/h =0.67根据物料衡算方程 计算出 2188.03510.82=1012.9792+1175.05590.67=0.994进料温度（1000kPa） 107.2，取泡点进料q=1塔顶温度为128.1在107.2温度下，根据安托因公式计算出甲醇和水的饱和蒸汽压，注：水的安托因常数为A=7.1827，B=1722.632，C=232.7987。式中 -饱和蒸汽压，KPa； t-物系温度，。代入数据得，水的饱和蒸汽压=130.652kpa。甲醇的安

54、托因常数为A=18.5875，B=3626.55，C=-34.29式中 -饱和蒸汽压，mmHg； T-物系温度，K。代入数据得，甲醇的饱和蒸汽压=442.77 kpa.回流比确定由甲醇-水的平衡数据绘制x-y图用作图法求最小回流比由于进料为泡点进料q=1，所以画q线与平衡线交点，用交点坐标x,y求最小回流比图2-2作图法求最小回流比 3.39 0.5319操作回流比可取为最小回流比的1.12.0倍，所以取1.20.5319=0.6383所以，回流比确定为0.63830.63831012.9792=646.5846kmol/h646.5846+12188.6197=2834.6197kmol/h

55、1420.2797kmol/h表2-4物料衡算表物料流量（kmol/h）组成物料物流（kmol/h） 进料F 2188.0351 甲醇0.820 水0.18 塔顶产品D 1012.9792 甲醇0.994 水0.006塔底残液W 1175.0559 甲醇0.67 水0.33精馏段上升1420.2797蒸汽量V提馏段上升1420.2797蒸汽量V精馏段下降646.5846液体量L提馏段下降2834.6197液体量L2.3.2热量衡算1.加热介质和冷却剂的选择加热介质的选择常用的加热剂有饱和水蒸汽和烟道气。饱和水蒸汽是一种应用最广的加热剂。由于饱和水蒸汽冷凝时的传热膜系数很高，可以通过改变蒸汽的压

56、力准确地控制加热温度。燃料燃烧所排放的烟道气温度可达1001000，适用于高温加热。缺点是烟道气的比热容及传热膜系数很低，加热温度控制困难。本设计选用0.7MPa（温度为180）的低压蒸汽作为加热介质，水蒸汽易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。冷却剂的选择常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜加以选用。受当地气温限制，冷却水一般为1035.如需冷却到较低温度，则需采用低温介质，如冷冻盐水、氟利昂等。 本设计建厂地区为永城。永城市夏季最热月份日平均气温为32。故选用32的冷却水,选升温10，即冷却水的出口温度为42.根据资料所提供的数据，=128.1，=134.2注：下

57、标1为甲醇，下标2为水。2.冷凝器的热负荷冷凝其的热负荷 其中 -塔顶上升蒸汽的焓 -塔顶馏出液的焓对于全凝器作热量衡算（忽略热量损失）因塔顶馏出液几乎为纯甲醇，故其焓可近似按纯甲醇进行计算，则全凝器的热负荷为（塔顶温度为128.1下，甲醇的汽化热为953.4809kJ/kg）953.48091420.279732.04=4.34107 kJ/h128.1下，水的比热容为.99 kg/h3.再沸器的热负荷和加热蒸汽消耗量在=134.2下，甲醇的汽化热为1025.26kJ/kg，水的汽化热为2254.24 kJ/kg选用0.7MPa（700kpa，180）低压蒸汽为加热介质再沸器的热负荷为因釜残

58、液几乎为水，故其焓可按纯水进行计算，即2254.2418.02=40621.40kJ/kmol则 1420.279740621.40=5.77107 kJ/h加热蒸汽消耗量为有附录查得P为700kpa时水的汽化热为2071.5 kJ/kg。则27854.21kg/h2.3.3理论塔板数计算由于本次设计时的相对挥发度是变化的，所以不能用简捷法求得，应用图解法。精馏段操作线方程为 截距 0.6067连接（，），（0，）与q线交于d点，连接（，）与d点，得到提馏段操作线、然后，由平衡线与操作线可得精馏塔理论板数，但由于极小，利用作图法画出理论板数，如图所示，梯级数为12块。图2-3 加压塔求理论塔板

59、数的图解法塔顶温度下：=804.252kpa =130.652kpa 804.252/130.652=6.156塔底温度下：=945.304kpa =308.248kpa945.304/308.248=3.067全塔平均挥发度：4.345因为塔底设有再沸器，所以精馏塔理论板数要比梯级数少1，所以精馏塔理论板数为11块，精馏段为10块，提馏段为1块。2.3.4精馏塔主要尺寸的设计计算1.精馏塔设计的主要依据和条件表2-5 水在不同温度下的密度温度/60708090100110密度/(g/ cm3)0.98320.97780.97180.96530.95840.9510表2-6 甲醇在不同温度下的

60、密度温度/102030405060密度/(g/ cm3)0.80080.79150.78250.77400.76500.7555表2-7 水在不同温度下的黏度温度/8090100110120130黏度/0.35650.31650.28380.25890.23730.2177表2-8甲醇在不同温度下的黏度温度/10152065.3171.8698.52黏度/0.6860.6380.5910.3320.2950.225用内插法可以计算出水和甲醇在塔顶、塔底和进料温度下的密度和黏度举例：0.9691 g/ cm30.2648表2-9 水和甲醇在不同温度下的密度温度/128.1134.2107.2水密